一种基于GPRS无线传输的输电线路巡检管理系统

摘要

一种基于GPRS无线传输的输电线路巡检管理系统，包括巡检仪，所述巡检仪依次通过GPRS通信网络与电力系统局域网络连接服务器，所述服务器通过电力系统局域网络连接客户端，所述巡检仪包括壳体，所述壳体上设有天线、电源指示灯、GPS指示灯、GPRS指示灯以及开关发送按钮，所述壳体内部设有单片机、单片机外围电路、GPS模块与GPRS通信模块，所述单片机连接GPS模块与GPRS串口通信模块，所述单片机外围电路包括电源供电电路、发送接收指示电路、晶振电路以及下载电路。它大大降低了巡检仪的成本同时保证了数据的实时传递，提高了工作效率。

说明书

技术领域

本发明涉及电路巡检领域，尤其涉及一种基于GPRS无线传输的 输电线路巡检管理系统。

背景技术

输电线路的巡检是确保线路设备安全运行的一项重要工作，通过 及时到位的巡视检查，掌握线路运行状况及周围环境的变化，发现设 备缺陷和危及线路安全的隐患并及时消除，以确保线路的安全可靠运 行。在巡检时要求巡检人员对每基杆塔都必须到位，但现在基本靠巡 检人员自觉遵守执行，所以在人员到位方面无法有效控制。

由于员工的素质和管理原因，输电线路巡检工作往往会出现漏岗、 伪造记录等现象。针对上述情况，急需研制一套方便、可靠的巡检管 理系统。

线路巡检使用的PDA与本方案最为相近，它通过GPS定位并记 录该地理位置信息，巡检人员每次巡视完线路后，都要将PDA带回 工区，通过USB数据线将巡视记录传输到电脑中，以供管理人员检查 巡检人员的到岗到位情况。

缺点：PDA的时效性差，巡检人员每次巡视完线路后，都要将PDA 带回工区，通过USB数据线将巡视记录传输到电脑中，不能立即掌握 巡检人员的到岗到位情况；运用PDA的巡检方式，缺少自己相应的 管理平台；PDA价格昂贵，每台要5000元左右。且PDA功能虽多， 但专一性不强，很多线路巡视人员的文化素质降低，操作起来较为麻 烦。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于GPRS无线传输的 输电线路巡检管理系统，大大降低了巡检仪的成本同时保证了数据的 实时传递，提高了工作效率。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于GPRS无线传输的输电线路巡检管理系统，包括巡检仪， 所述巡检仪依次通过GPRS通信网络与电力系统局域网络连接服务 器，所述服务器通过电力系统局域网络连接客户端，所述巡检仪包括 壳体，所述壳体上设有天线、电源指示灯、GPS指示灯、GPRS指示灯 以及开关发送按钮，所述壳体内部设有单片机、单片机外围电路、GPS 模块与GPRS通信模块，所述单片机连接GPS模块与GPRS串口通信模 块，所述单片机外围电路包括电源供电电路、发送接收指示电路、晶 振电路以及下载电路。

所述单片机为MSP430F149，所述MSP430F149的第1引脚通过电 容C8接地，所述MSP430F149的第1引脚连接电源供电电路的输出端， 所述MSP430F149的第58引脚通过电容C1接地，所述MSP430F149的 第58引脚通过开关K2接地，所述MSP430F149的第58引脚通过电阻 R1接电源供电电路的输出端，所述MSP430F149的第62引脚通过磁 珠FB1接地，所述MSP430F149的第63引脚接地，所述64引脚通过 电容C6接地，所述MSP430F149的第64引脚通过磁珠FB2接电源供 电电路的输出端。

所述下载电路包括插座JTAG,所述插座JTAG的第1引脚接 MSP430F149的第54引脚，所述插座JTAG的第2引脚接电源供电电 路的输出端，所述插座JTAG的第3引脚接MSP430F149的第55引脚， 所述插座JTAG的第5引脚接MSP430F149的第56引脚，所述插座JTAG 的第6引脚接MSP430F149的第9引脚，所述插座JTAG的第7引脚接 MSP430F149的第57引脚，所述插座JTAG的第11引脚接MSP430F149 的第58引脚，所述插座JTAG的第9引脚接地。

所述发送接收指示电路包括分别与电源供电电路输出端连接的 电阻R3、电阻R4、电阻R5以及电阻R6，所述电阻R3通过发光二极 管DS2连接MSP430F149的第32引脚，所述电阻R4通过发光二极管 DS3连接MSP430F149的第33引脚，所述电阻R5通过发光二极管DS4 连接MSP430F149的第34引脚，所述电阻R6通过发光二极管DS5连 接MSP430F149的第35引脚。

所述包括晶振X1以及晶振X2，所述晶振X1连接在MSP430F149 的第8引脚与第9引脚之间，所述MSP430F149的第8引脚通过电容 C12接地，所述MSP430F149的第9引脚通过电容C13接地，所述晶 振X2连接在MSP430F149的第52引脚与第53引脚之间，所述 MSP430F149的第52引脚通过电容C15接地，所述MSP430F149的第 53引脚通过电容C14接地。

所述GPRS串口通信模块含有串口通信电路，所述串口通信电路 包括芯片MAX232CPE，所述芯片MAX232CPE的第1引脚通过电容C9 接第3引脚，所述芯片MAX232CPE的第2引脚通过电容C7接电压源 VCC，所述芯片MAX232CPE的第4引脚通过电容C10接第5引脚，所 述芯片MAX232CPE的第6引脚通过电容C11接地，所述芯片MAX232CPE 的第7引脚连接第二串口J2的第3引脚，所述芯片MAX232CPE的第 8引脚连接第二串口J2的第2引脚，所述芯片MAX232CPE的第9引 脚连接MSP430F149的第35引脚，所述芯片MAX232CPE的第10引脚 连接MSP430F149的第34引脚，所述芯片MAX232CPE的第11引脚连 接MSP430F149的第32引脚，所述芯片MAX232CPE的第12引脚连接 MSP430F149的第33引脚，所述芯片MAX232CPE的第13引脚连接第 一串口J1的第2引脚，所述芯片MAX232CPE的第14引脚连接第一串 口J1的第3引脚，所述芯片MAX232CPE的第15引脚接地，所述芯片 MAX232CPE的第16引脚连接电压源VCC，所述第一串口J1的第4引 脚连接第6引脚，所述第一串口J1的第7引脚连接第7引脚，所述 第一串口J1的第5引脚、第10引脚以及第11引脚均接地，所述第 二串口J1的第4引脚连接第6引脚，所述第二串口J1的第7引脚连 接第7引脚，所述第二串口J1的第5引脚、第10引脚以及第11引 脚均接地。

所述巡检仪与服务器通信协议的帧格式是以8比特为单位的定 长帧。

所述服务器包括数据处理模块、数据存储模块、数据访问模块以 及数据导出模块；

所述数据处理模块用于处理巡检仪发送的信息，提取设备ID和 GPS定位的经纬度信息，并将数据存储至存储模块；

所述存储模块用于存储数据；

所述数据访问模块用于工作人员访问服务器，管理员查看所有巡 检员的到岗情况；

所述数据导出模块用于生成EXCEL表格，给运行维护管理员提供 可靠的数据信息。

所述服务器使用的数据库为SQLServer数据库，所述SQLServer 数据库含有巡检仪登记表与巡视记录表，所述巡检仪登记表包含两 列：设备ID和对应的使用员工姓名；所述巡视记录表包含六列：标 志ID、设备ID、设备时间、经度、纬度、线杆标号。

本发明的有益效果为：

1、系统的手持器成本只需400元，成本较PDA节约了92％！操 作时只需要按下巡检仪外壳上的按钮，巡检仪便会自动将信息发送给 服务器，降低了对操作人员专业性的要求，从而降低了劳动成本。

2、磁珠FB专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰 干扰，还具有吸收静电脉冲的能力。

3、下载电路为单片机提供了下载路径，使单片机与计算机之间 能够自由通信，接收发送指示电路通过电阻限流保护指示灯，同时起 到警示作用；晶振电路中的晶振与电容形成晶振回路，电容能够有效 的去耦，保证了晶振电路的稳定性。

4、串口通信电路采用了双串口，其中第一串口J1连接GPS模块， 第二串口J2连接GPRS通信模块，同时采用电容C11去耦，电容C9 与电容C10滤波，使得整个通信电路稳定性很高。MAX232CPE完成232 电平与TTL电平转换，提供一个本地接口，为调试和维护提供方便。

附图说明

图1本发明结构示意图；

图2单片机控制图；

图3下载电路；

图4发送接收指示电路；

图5晶振电路；

图6电源供电电路；

图7串口通信电路。

其中，1壳体；2电源指示灯；3GPS指示灯；4GPRS指示灯； 5开关发送按钮；6天线。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进 一步说明。

如图1所示，一种基于GPRS无线传输的输电线路巡检管理系统， 包括巡检仪，所述巡检仪依次通过GPRS通信网络与电力系统局域网 络连接服务器，所述服务器通过电力系统局域网络连接客户端，所述 巡检仪包括壳体1，所述壳体上设有天线6、电源指示灯2、GPS指示 灯3、GPRS指示灯4以及开关发送按钮5，所述壳体内部设有单片机、 单片机外围电路、GPS模块与GPRS通信模块，所述单片机连接GPS 模块与GPRS串口通信模块，所述单片机外围电路包括电源供电电路、 发送接收指示电路、晶振电路以及下载电路。

GPS模块用于定位巡检仪所处的经纬度信息，GPRS串口通信模块 用于实现单片机与GPS之间的通信。客户端，工作人员与管理员能够 通过客户端访问服务器。通过GPRS将数据传递给电力系统局域网即 保证了数据能够实时传递又保证了数据传输过程中的安全。电力系统 局域网只供电力系统内部人员工作使用，具有很高的安全系数，客户 端通过电力系统局域网进行访问有效的保证了数据的安全，降低了访 问风险。

如图2所示，所述单片机为MSP430F149，所述MSP430F149的第1引 脚通过电容C8接地，所述MSP430F149的第1引脚连接电源供电电路 的输出端，所述MSP430F149的第58引脚通过电容C1接地，所述 MSP430F149的第58引脚通过开关K2接地，所述MSP430F149的第58 引脚通过电阻R1接电源供电电路的输出端，所述MSP430F149的第 62引脚通过磁珠FB1接地，所述MSP430F149的第63引脚接地，所 述64引脚通过电容C6接地，所述所述MSP430F149的第64引脚通过 磁珠FB2接电源供电电路的输出端。K2是巡检仪外壳上的发送按钮。

本发明选用串口GPS模块。模块参数如下：

接口特性：TTL电平，兼容3.3V/5V系统

接收特性：50通道，GPSL1(1575.42Mhz)C/A码， SBAS:WAAS/EGNOS/MSAS

定位精度：2.5mCEP(SBAS:2.0mCEP)

更新速率：最大5Hz(默认1HZ)

捕获时间：冷启动：27S(最快)

热启动：1S

追踪灵敏度：-161dBm

捕获灵敏度(冷启动)：-147dBm

通信协议：NMEA(默认)/UBXBinary

串口通信波特率：4800、9600(默认)、19200、38400、57600、 115200、230400

速度限制：500m/s

高度限制：50000m

工作温度：-40摄氏度～85摄氏度

工作电压：2.7V-5.0V(VCC引脚输入)

工作电流：45mA

TXD/RXD阻抗：510欧

GPS模块启动后，主动通过串口发送地理坐标等信息，默认发送 周期为1s。GPS输出帧的每行开头的字符都是‘$’,接着是信息类型,后 面是数据,以逗号分隔开。其中$GPGGA是最常用的一种数据格式.一 行完整的数据如下:

$GPGGA,090123.000,3958.2848,N,11616.6462,E,1,9,0.85,67.8,M,-6. 7,M,,*72

其中“3958.2848,N,11616.6462,E”显示了经度和纬度。纬度 ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)，纬度半球N(北半球) 或S(南半球)；经度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)， 经度半球E(东经)或W(西经)。在本例中，GPS坐标为：北纬39° 58.2848′，东经116°166462′。MSP430解析串口缓存中的GPS信 息，通过识别“$GPGGA”字符段，解析出经纬度信息。

串口GPRS透传模块能实现串口和GPRS网络的双向透明传输。 本模块工作简单，设置服务器端的IP域名后，任何发送至其串口端 的数据，都会以TCP方式发送到服务器端。在巡检仪中，仪器按指定 的接口协议将设备ID、经度、纬度等信息组织起来发送至服务器端。

MSP430单片机工作流程如下图所示。系统工作包括主流程和中 断服务程序两个程序流。由于GPS模块有23s左右的启动时间，系统 上电后，主流程首先等待GPS启动，等GPS启动后，就进入主循环。 主循环有两个功能：如果GPS缓存不为空，解析更新经纬度坐标；如 果按下了发送按钮，通过串口GPRS透传模块发送最新的经纬度坐标 到服务器。主循环会重复判断和执行这两个功能，直到系统断电。系 统设置GPS连接的串口的接收模式为中断接收模式，一旦此串口收到 数据，单片机在保存现场后，跳入中断服务程序，中断服务程序只负 责把接收到的数据追加到GPS缓存中，供主循环解析坐标。

如图3所示，所述下载电路包括插座JTAG,所述插座JTAG的第1 引脚接MSP430F149的第54引脚，所述插座JTAG的第2引脚接电源 供电电路的输出端，所述插座JTAG的第3引脚接MSP430F149的第 55引脚，所述插座JTAG的第5引脚接MSP430F149的第56引脚，所 述插座JTAG的第6引脚接MSP430F149的第9引脚，所述插座JTAG 的第7引脚接MSP430F149的第57引脚，所述插座JTAG的第11引脚 接MSP430F149的第58引脚，所述插座JTAG的第9引脚接地。

如图4所示，所述发送接收指示电路包括分别与电源供电电路输 出端连接的电阻R3、电阻R4、电阻R5以及电阻R6，所述电阻R3通 过发光二极管DS2连接MSP430F149的第32引脚，所述电阻R4通过 发光二极管DS3连接MSP430F149的第33引脚，所述电阻R5通过发 光二极管DS4连接MSP430F149的第34引脚，所述电阻R6通过发光 二极管DS5连接MSP430F149的第35引脚。

如图5所示，所述包括晶振X1以及晶振X2，所述晶振X1连接 在MSP430F149的第8引脚与第9引脚之间，所述MSP430F149的第8 引脚通过电容C12接地，所述MSP430F149的第9引脚通过电容C13 接地，所述晶振X2连接在MSP430F149的第52引脚与第53引脚之间， 所述MSP430F149的第52引脚通过电容C15接地，所述MSP430F149 的第53引脚通过电容C14接地。

如图6所示，电源供电电路为整个提供3.3V的直流电压。其中， JP是powerjack的缩写,是指适配器插座。

如图7所示，所述GPRS串口通信模块含有串口通信电路，所述 串口通信电路包括芯片MAX232CPE，所述芯片MAX232CPE的第1引脚 通过电容C9接第3引脚，所述芯片MAX232CPE的第2引脚通过电容 C7接电压源VCC，所述芯片MAX232CPE的第4引脚通过电容C10接第 5引脚，所述芯片MAX232CPE的第6引脚通过电容C11接地，所述芯 片MAX232CPE的第7引脚连接第二串口J2的第3引脚，所述芯片 MAX232CPE的第8引脚连接第二串口J2的第2引脚，所述芯片 MAX232CPE的第9引脚连接MSP430F149的第35引脚，所述芯片 MAX232CPE的第10引脚连接MSP430F149的第34引脚，所述芯片 MAX232CPE的第11引脚连接MSP430F149的第32引脚，所述芯片 MAX232CPE的第12引脚连接MSP430F149的第33引脚，所述芯片 MAX232CPE的第13引脚连接第一串口J1的第2引脚，所述芯片 MAX232CPE的第14引脚连接第一串口J1的第3引脚，所述芯片 MAX232CPE的第15引脚接地，所述芯片MAX232CPE的第16引脚连接 电压源VCC，所述第一串口J1的第4引脚连接第6引脚，所述第一 串口J1的第7引脚连接第7引脚，所述第一串口J1的第5引脚、第 10引脚以及第11引脚均接地，所述第二串口J1的第4引脚连接第6 引脚，所述第二串口J1的第7引脚连接第7引脚，所述第二串口J1 的第5引脚、第10引脚以及第11引脚均接地。

所述巡检仪与服务器通信协议的帧格式是以8比特为单位的定 长帧。帧格式中各个字节的定义如下：

起始标志SOF：0xF5

设备ID：2Bytes设备ID。

经度Lontitude：2Bytes经度坐标

经度Latitude：2Bytes纬度坐标

校验字CCW：2Bytes的CRC-16/XMODEM校验。校验码为 (x16+x12+x5+1)，校验位是数据包中除了起始位和结束位的CRC校验 结果，即：DID、LON和LAT字段。

帧结束标志EOF：0xAA

为保证SOF和EOF编码在数据传输中的唯一性，采用转义字符 (ESC,0x7D)填充，对帧格式(DID、LON、LAT、CCW)中出现的SOF 和EOF都转换为SOT(0xFD)和EOT(0xAD)，并在出现ESC时插入 一个ESC，如下图示意。

所述服务器包括数据处理模块、数据存储模块、数据访问模块以 及数据导出模块；

所述数据处理模块用于处理巡检仪发送的信息，提取设备ID和 GPS定位的经纬度信息，并将数据存储至存储模块；

所述存储模块用于存储数据；

所述数据访问模块用于工作人员访问服务器，管理员查看所有巡 检员的到岗情况；

所述数据导出模块用于生成EXCEL表格，给运行维护管理员提供 可靠的数据信息。

所述服务器使用的数据库为SQLServer数据库，所述SQLServer 数据库含有巡检仪登记表与巡视记录表，所述巡检仪登记表包含两 列：设备ID和对应的使用员工姓名；所述巡视记录表包含六列：标 志ID、设备ID、设备时间、经度、纬度、线杆标号。

服务器收到巡检仪信息后，按格式比对已经记录的线杆GPS坐标 和巡检仪上传的GPS坐标，如经纬度差距不超过0.02分(约37m)， 则标记此条记录为对应的线杆号，并将记录的设备ID、对应的使用员 工姓名、线杆号、时间等信息存储在数据库的巡视记录表中，供Web 服务器调用。

服务器选用ASP.Net作为开发环境，选用IIS作为Web容器。运 维管理人员调用浏览器查看巡视记录。网页界面包括两个部分：日期 选择控件和巡视记录表。运维管理人员选择特定的日期，当天的所有 巡视记录信息均会显示出来，运维管理人员通过审查记录，就可以实 时掌握巡检人员的到岗状况。浏览器输入特定网址后，浏览器向服务 器发送请求，服务器收到请求后，连接数据库，并查询指定日期(默 认当天)的巡视记录，数据库根据巡检仪登记表、巡视记录表两个表 格和查询要求，返回指定日期的巡视记录(包括设备ID、巡检员姓名、 时间、线杆号等信息)，服务器将返回结果以网页的形式组织起来并 返回浏览器，供管理员审查。管理员在需要导出数据时，可以点击“记 录导出”按钮将查询到的数据以excel表格的形式导出。点击“记录 导出”按钮后，网页将“巡视记录”控件中的数据以HTML的格式发 送到本地，并标明文件类型是excel。

以一个导出的简单HTML片断为例，导出的HTML格式如下：

<tableborder＝"1">

<tr><th>姓名</th><th>性别</th></tr>

<tr><th>张三</th><th>男</th></tr>

<tr><th>李四</th><th>男</th></tr>

<tr><th>春花</th><th>女</th></tr>

</table>

将此内容的文件保存为xls格式，并用excel打开。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非 对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的 技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出 的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。